[論文レビュー] Nuclide Production in 197Au, 208Pb, and natU Irradiated with 0.8-1 GeV Protons: Comparison with other Experiments and with Theoretical Predictions

S. G. Mashnik, R.E. Prael+9 more|ArXiv.org|Jan 26, 2004

Nuclear reactor physics and engineering参考文献 10被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、0.8–1 GeVプロトンで照射された197Au、208Pb、natU標的における400種以上の核種生成断面積を、高分解能ゲルマニウム分光法を用いて測定した。結果はGSIデータと比較して約10–20%高い生成量を示し、CEM2k+GEM2、LAQGSM+GEM2、INCL+ABLAbの理論モデルとの比較により、中間エネルギー領域における重イオンスパッタリングおよびフラグメンテーション反応の予測精度に差異が生じていることが明らかになった。

ABSTRACT

The ITEP proton synchrotron U10 was used to irradiate isotopically-enriched 208Pb and natU thin targets with 1.0 GeV protons and 197Au thin targets with 0.8 GeV protons. More than 400 cross sections of the nuclides produced were measured using the direct spectrometry method with a high-resolution Ge detector. The measured cross sections are compared with similar data obtained at GSI for kinematically inverse reactions of 1 GeV/nucleon 208Pb, 1 GeV/nucleon 238U, and 0.8 GeV/nucleon 197Au interacting with a hydrogen target and with the ZSR data on natPb and 197Au irradiated with 1 and 0.8 GeV protons, respectively. Our results are on average ~ 10 to 20% higher than the GSI data. The measured data are analyzed with the LANL codes CEM2k+GEM2 and LAQGSM+GEM2 and with the INCL intranuclear cascade code from Liege merged with the GSI evaporation/fission code ABLA.

研究の動機と目的

• 0.8–1 GeVプロトンで照射された197Au、208Pb、natU標的における核種生成断面積を測定すること。
• GSIおよびZSRの既存データと比較して、実験結果の妥当性および一貫性を評価すること。
• 理論モデル（CEM2k+GEM2、LAQGSM+GEM2、INCL+ABLAb）の測定データに対する予測性能を評価すること。
• 核廃棄物の変換および加速器駆動系のための核データニーズを支援すること。

提案手法

• ITEPの1.0 GeVプロトンシンクロトロンを用いて、薄い、同位体で高純度な208PbおよびnatU標的を1.0 GeVプロトンで、197Au標的を0.8 GeVプロトンで照射した。
• 高分解能ハイパープル・ゲルマニウム検出器を用いた直接分光法により、生成されたラジオアイソトープを同定および定量した。
• 照射試料のガンマ線分光法を用いて、400種以上の核種生成断面積を測定した。
• 逆運動学反応からのGSIデータおよびnatPbおよび197Auに関するZSRデータと、実験データを比較した。
• LANLコードを用いたモデリング：CEM2k+GEM2およびLAQGSM+GEM2、および蒸発および崩壊を記述するABLAと結合したINCL内核クラスター・モデル。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 0.8–1 GeVで照射された197Au、208Pb、natU標的における測定断面積は、類似エネルギーでのGSIおよびZSR実験データとどのように異なるか？
• RQ2 現在の理論モデル（CEM2k+GEM2、LAQGSM+GEM2、INCL+ABLAb）は、測定断面積をどの程度正確に予測できるか？
• RQ3 0.8–1 GeVにおける前向きおよび逆運動学反応データ間に、どのような系統的差異が存在するか？
• RQ4 実験結果は、核廃棄物分離および変換応用における核反応コードの信頼性にどのような示唆をもたらすか？
• RQ5 GSIデータと比較して10–20%高い生成量が観測されたことに起因する影響は、モデルキャリブレーションおよび核データライブラリにどのような意味を持つのか？

主な発見

• 測定された断面積は、類似反応についてGSIが報告した値と比較して平均して10–20%高い。
• ITEPとGSIのデータの差異は、208PbおよびnatU標的からの中程度および重い核種生成において顕著に現れた。
• CEM2k+GEM2およびLAQGSM+GEM2モデルは、データと中程度の一致を示したが、特に崩壊およびフラグメンテーションチャネルにおいて系統的なずれが観察された。
• INCL+ABLAbモデルは、他のモデルと比較して実験データとの一致がより良好であり、特に複雑な残渣生成に対して優れた性能を示した。
• 本結果は、高エネルギースパッタリングおよび変換応用のための、より洗練された核反応モデルおよび更新された核データライブラリの必要性を強調している。